Demoduladores de señales moduladas en ángulo

RECEPTORES Diferencias con receptores de AM. FI= 10,7MHz, AB=200KHz Limitadores de amplitud Los demoduladores convierten variaciones de ángulo en variaciones de amplitud. Hay Detectores de frecuencia o fase. Control automático de frecuencia Deénfasis FM comercial: Banda: 88MHz a 108 MHz ABFM=180KHz, fmáx=75KHz; fm mín=100Hz, fm máx=15KHz

Resumen Modulación Angular • También llamada exponencial o no lineal. 3 Modulación Angular • También llamada exponencial o no lineal. • La amplitud de la onda se mantiene constante, mientras que se varía el ángulo de la portadora de forma proporcional a la información. • PM: Se hace variar a la fase de forma proporcional a la información. • FM: Se hace variar a la frecuencia instantánea de forma proporcional a la información.

Resumen 4 Las expresiones de las respectivas ondas moduladas son: Las frecuencias instantáneas son: En FM la frecuencia es directamente proporcional a la información. A mayor amplitud de la información: mayor frecuencia. Si • En PM la frecuencia es directamente proporcional a la derivada de la información, que es equivalente a la pendiente de la señal. A más pendiente de la señal de información: más frecuencia. Si

Modulador/Demodulador 5 Modulación Demodulación Modulación angular Moduladora Portadora sin modular Idea fundamental de la demodulación: Extraer la forma de onda de la moduladora (información) de la portadora modulada en ángulo, normalmente convertida a una frecuencia intermedia. Portadora modulada en FM/PM

DEMODULADORES DE ANGULO 6 Detector de pendiente Discriminadores Detector de cuadratura Demoduladores con PLLs Esquema general de un demodulador f v Convertidor f/v (derivador) Detector de envolvente Moduladora Señal de FM

Estructura similar al de una señal de AM 7 Se tiene la señal de FM: Si se deriva: Estructura similar al de una señal de AM Si se deriva en el tiempo una señal de FM se obtiene una señal de AM. Kd =V/Hz (pendiente) es la función de transferencia para el demodulador y se la llama sensibilidad del demodulador. ∆f es la diferencia entre la frecuencia de entrada y la frecuencia central del demodulador.

La señal AM presenta también una modulación FM que no interesa. 8 El derivador, debe tener una función de transferencia lineal con la frecuencia A la salida del derivador, la información está en la envolvente de la señal. La señal AM presenta también una modulación FM que no interesa. Se observa en: 1) La amplitud de la señal de salida depende del valor de Vc y de C Es necesario que ambos sean constantes. La estabilidad de C la fija el transmisor y el OL. Vc no llega constante al demodulador ya que se sumó ruido (distorsión) que afectó la amplitud de la señal de FM Es necesario poner un limitador

Esquema general de un demodulador 9 2) A la salida del derivador la señal está modulada en amplitud,  Para recuperar la información es necesario pasarla por un detector de AM, tal como el detector de envolvente. Esquema general de un demodulador Portadora modulada Limitador f v vo vi Convertidor f/v (derivador) Detector de envolvente Moduladora

LIMITADORES 10 vo vi Limitador Portadora modulada Q1 trabaja entre corte y saturación para todas las señales de FI dentro del rango dinámico al que se diseña el receptor

DETECTOR DE PENDIENTE 11 Trabaja en base a la conversión de variaciones de frecuencia en variaciones de amplitud. Produce una tensión de salida proporcional a la diferencia entre una frecuencia de referencia y la frecuencia de la señal de entrada. fo 1,4·fo 0,6·fo ½vo/vi½ Ao fFI 0,707Ao 5% + vi R vs - vo Rd Cd D L C En zona lineal: Variaciones de ganancia proporcional a las variaciones de frecuencia

DETECTOR DE PENDIENTE 12 fo 1,4·fo 0,6·fo ½vo/vi½ Ao fFI 0,707Ao 5% f

DETECTOR DE PENDIENTE 13 El circuito resonante se sintoniza a una frecuencia superior a la portadora. El circuito resonante produce una tensión de salida que es proporcional a la frecuencia de entrada. La portadora cae en uno de los flancos de la respuesta. Hay que controlar bien el Q del circuito, ya que del ancho de la campana depende del factor de calidad A la salida del circuito tanque, la información está en la envolvente de la señal. La señal AM presenta también una modulación FM que no interesa.

DETECTOR DE PENDIENTE Ventaja del detector de pendiente: Simple 14 vo + - R L C Ventaja del detector de pendiente: Simple Económico Desventaja del detector de pendiente: Poco simétrico Difícil de ajustar Fuertes limitaciones ocasionadas por la no linealidad de la característica; son aproximaciones que se cumplen para pequeñas regiones de la característica. A mayor f , mayor alinealidad. No sirve para aplicaciones comerciales con f grandes (75KHz) Requiere etapa limitadora

DETECTOR DE CUADRATURA 15 El multiplicador es excitado por V1 y V2, donde V1 es: La impedancia del tanque es: Considerando que C desfasa 90° y que el tanque desfasa , V2 es: V1 y V2, ingresan al multiplicador:

DETECTOR DE CUADRATURA 16 A la salida del multiplicador estarán presente los siguientes términos: Amplitud Angulo Frecuencia aV1 1 fc aV2 2 =1+ fc+f ½ bV12 21 2fc ½ bV22 22=21+2 2fc+2f bV1V2 1 + 2=21+ 2fc+f 1 - 2= f La salida del multiplicador pasa por un filtro pasa bajos: Si  es pequeño Entonces

DETECTOR DE CUADRATURA 17 Donde fo es la frecuencia central y por lo tanto: ¡Ojo! Vo depende también de VC2 Þ Hay que usar limitador CONDICIONES DE DISEÑO 1) Para que el capacitor C, desfase 90° a la frecuencia de portadora, se debe cumplir: 2) La condición implica CONDICION DE LINEALIDAD

DETECTOR DE CUADRATURA 18 3) El tanque debe resonar a la frecuencia de portadora 4) Diseño del filtro:

DEMODULADOR DE FM CON PLL 19 Principio de funcionamiento: Un demodulador de frecuencia de PLL no requiere de circuitos sintonizados y automáticamente compensa los cambios en la frecuencia de la portadora debido a la estabilidad en el oscilador de transmisión Si la entrada de PLL es una señal de FM desviada y la frecuencia natural del VCO es igual a la frecuencia central de FI, la tensión de corrección que se produce a la salida del comparador de fase y alimenta de nuevo a la entrada de VCO, es proporcional a la desviación de frecuencia y es, por lo tanto, la señal de la información demodulada.

DEMODULADOR DE FM CON PLL 20 Principio de funcionamiento: vcont osc vdFM V = k(DF) Salida Entrada vFM vosc vcont osc Condición de diseño: el PLL debe ser suficientemente rápido para seguir las variaciones de frecuencia  frecuencia de corte del PLL >> frecuencia máxima de la moduladora wcorte PLL >> wm max

PREENFASIS Y DEENFASIS 21 El ruido de alta frecuencia produce distorsión de amplitud y de ángulo La distorsión de amplitud no degrada la señal ya que la información no va en la amplitud Si afecta la distorsión del ángulo Cuanto mayor es el ángulo, menos afecta la distorsión. En FM los tonos altos se modulan menos Se podría evitar esto si f aumenta con fm. Para aumentar f , se debe aumentar vm. (Enfasis) Como en el transmisor se enfatizan los tonos altos, en el receptor se debe hacer el proceso inverso: deenfasis. El valor de la frecuencia de corte está normalizada

PREENFASIS Y DEENFASIS 22 Preenfasis: Las frecuencias de modulación (audio) más altas se acentúan en relación a las más bajas en forma previa a la modulación, de modo de producir una mayor desviación y lograr así un mayor nivel de señal recuperada en el extremo receptor. La respuesta del preénfasis corresponde a la de un filtro de paso alto

PREENFASIS Y DEENFASIS 23 Como el Preenfasis altera la relación de amplitudes espectrales de la banda base (una forma de distorsión); la situación se resuelve con un DEENFASIS en el extremo receptor. La respuesta del deénfasis corresponde a la de un filtro de paso bajo

PREENFASIS Y DEENFASIS 24 Observaciones: Para que la relación de amplitudes sea correcta la acentuación (preénfasis) debe complementarse con la atenuación (deénfasis) y dado que ésta última es característica circuital del receptor se establece una norma para asegurar la complementación: Un preénfasis de transmisión de 75 [useg] (def. Standard correspondiente a la respuesta en frecuencia de un circuito filtro pasaaltos en la transmisión y pasabajos en la recepción) tanto para la radiodifusión FM como para el sonido de TV. Debe cuidarse que el preénfasis no produzca sobremodulación o desviación superior al máximo permitido Al efectuar el deénfasis en el receptor junto con atenuar las frecuencias altas, para volverlas a su amplitud correcta, se atenuará el ruido que las acompaña. 

Estructuras de Receptores de señales moduladas en ángulo

Receptores de FM 26 Los receptores que se utilizan para señales con modulación angular son muy similares a los que se usan para la recepción de AM o BLU convencional, excepto por el método utilizado para extraer la información de audio de la forma de onda de FI compuesta. En los receptores de FM, la tensión a la salida del detector de audio es directamente proporcional a la desviación de frecuencia en su entrada. Con los receptores de PM, la tensión a la salida del detector de audio es directamente proporcional a la desviación de fase en su entrada. Debido a que la modulación de frecuencia y de fase ocurren con cualquiera de los sistemas de modulación angular, las señales de FM pueden demodularse por los receptores de PM y viceversa. Por lo tanto, los circuitos usados para demodular las señales de FM y de PM se describen bajo el encabezado de "Receptores de FM.

Características de un receptor: Receptores de FM 27 Antena Información Amplificación y filtrado en alta frecuencia Demodulación Amplificación en banda base Características de un receptor: Sensibilidad: capacidad de recibir señales débiles. Se mide como tensión en la entrada necesaria para obtener una relación determinada entre señal y ruido a la salida. Selectividad: capacidad de rechazar frecuencias indeseadas. Se mide como cociente de potencias de entrada de las señales de frecuencias indeseadas y de la deseada que generan la misma señal de salida. Fidelidad: Capacidad de reproducir las señales de banda base para una distorsión especificada. Margen dinámico: cociente entre niveles máximos y mínimos de potencia de entrada que garantizan funcionamiento correcto del receptor.

Receptor Superheterodino 28

Subsistemas de control en receptores 29 El control automático de ganancia (AGC o CAG) El control automático de frecuencia (AFC o CAF) El silenciador o “squelch” Control Automático de Ganancia - AGC Con el objeto de lograr potencia constante en la entrada del detector y en la salida, se controla la ganancia de las etapas de FI en razón inversa con la amplitud de las señales de entrada al AFI. Para ello se toma de la salida del detector una señal de continua que se inyecta en la 1° etapa de FI a fin de controlar el punto de polarización de la misma en función de la tensión inyectada. CAG

CONTROL AUTOMATICO DE FRECUENCIA- CAF 30 Corrige las variaciones de frecuencia indeseadas que se producen en el oscilador local, para que este no se aparte de la estación que se sintonizó. Cuando la sintonía es correcta la salida del demodulador varia en forma simétrica y no tiene salida de DC.

CONTROL AUTOMATICO DE FRECUENCIA- CAF 31 La componente de continua de la salida del demodulador, se aplica sobre el diodo varicap para corregir la frecuencia de salida del OL. Una tensión negativa causa que disminuya la frecuencia a la que se sintonizó el receptor y viceversa Diseño del CAF VCO con Diodo Varicap: Capacidad variable según la tensión que se aplica en sus bornes VB se diseña para que el oscilador esté a la frecuencia correcta: fOL – fC = FI

CONTROL AUTOMATICO DE FRECUENCIA- CAF 32 La frecuencia de salida del VCO es: Si la tensión aumenta, entonces la capacidad disminuye y luego la frecuencia de salida del VCO aumenta. Funcionamiento del CAF: Si el oscilador entrega una frecuencia mayor a la correcta entonces FI> 10,7MHz, ya que : fOL-fC=FI Si la frecuencia central es mayor que 10,7MHz el discriminador entrega una tensión de CD negativa. Luego Cd aumenta, lo que provoca que foL disminuya. De esta manera el CAF “jala” al receptor a casi la frecuencia correcta

El silenciador o “squelch” 33 Se utiliza en receptores de transmisiones en VHF y UHF moduladas en FM. Silencia el amplificador de audio cuando no hay señal de RF para evitar el “soplido” o ruido de fondo, con objeto de evitar las molestias que causa y para ahorrar consumo. RF IF Demodulador de cuadratura BF DEM Squelch Se detecta la presencia del “soplido” por filtrado “pasa altos” y detección de envolvente. Si existe soplido, se silencia el amplificador de baja frecuencia. Si existe señal de RF entonces no existe el soplido y, por tanto, no se silencia el amplificador de baja frecuencia. El filtro “pasa-altos” no debe dejar pasar las señales de la frecuencia de la moduladora.